专利名称：一种多互层模型材料的薄层切割装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及岩石力学试验技术领域，更具体涉及一种多互层模型材料的薄层切割
装置，该装置利用一组平行钢丝将模型材料一次切割为多个薄片，广泛应用于制备多互层 模型材料。
背景技术：
在与岩石力学相关的地下工程、矿山工程、边坡工程等领域，大量存在着与沉积岩 岩层有关的互层复合岩体力学问题。由于互层复合岩体是由多种不同属性、不同厚度、不同 组分并以不同结合方式按照某种顺序组合而成的天然层状材料，其力学和变形特性就反映 出了多相不均匀性、各相异性、层间界面力学性质、复合体力学效应以及力学性质的不匹配 性质。 在自然界很难找到适合实验室研究尺寸的互层复合岩体，物理模拟试验是研究互 层复合岩体力学行为的有效方法，已得到国际岩石力学领域的广泛认可。物理模拟试验是 一种岩体介质物理力学特性研究方法，它可以模拟各种复杂的地质条件和边界条件，能较 全面而又形象地呈现工程结构与相关岩土体共同作用下的应力和变形机制、破坏机理、形 态及失稳阶段的全貌。 —种研究多互层岩石类介质力学行为的好思路是选择两种或者两种以上的模型
材料，分别对其切割以形成多个薄层，将获得的不同材料的薄层交互叠加粘结在一起，然后
再针对这种互层复合模拟岩体进行相关的岩石力学试验研究。但是，目前模型材料试验存 在的一个重要问题是如何高效地获得制备多互层模型材料所需要的薄层。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种多互层模型材料的薄层切割装置，该装置结构简 单，操作方便，工作效率高，使用一组平行钢丝将模型材料块体一次切割为多个薄片。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 —种多互层模型材料的薄层切割装置，它包括切割架、材料箱、承压板、底座，其特 征在于切割架安装在底座上，材料箱安装在底座的凹槽内，水平推动切割架带动多条平行 钢丝水平切割模型材料块体可获得多个薄层。所述的切割架主框架由三条槽钢及二条角钢 焊接而成，沿切割架侧壁槽钢腹板中心线均匀打小孔，钢丝穿过小孔后拉紧并固定在切割 架上，推动切割架对模型材料块体进行切割，可获得一定厚度的模型材料薄层。切割架的二 条角钢卡在底座上，切割架上装有一组间距可调的平行钢丝。所述的材料箱有五块可拆卸 板组成，分别为材料箱底板、第一材料箱侧壁、第二材料箱侧壁、第三材料箱侧壁及第四材 料箱侧壁，在切割模型材料块体的操作过程中，先拆卸第一材料箱侧壁、第二材料箱侧壁及 第三材料箱侧壁，待钢丝全部穿过模型材料块体后再拆卸第四材料箱侧壁。所述的底座由 四条角钢焊接而成，两个长边外侧各焊接一条光面钢筋，其横截面为圆形，使用时在光面钢 筋上涂抹润滑油。所述的钢丝通过带孔螺栓固定到切割架上，带孔螺栓端部钻有小圆孔，钢丝穿过小圆孔后拧在带孔螺栓上，在拉紧钢丝时，用螺丝刀保持带孔螺栓不转，只调整两个 螺母，从而保证钢丝只被拉紧而不被拧断。 为一次操作获得多个薄层，切割架上装有多条(一般有10到20条)平行钢丝，调
整相邻两根钢丝的间距( 一般为4到28毫米)，可获得不同厚度的模型材料薄层。 切割架侧壁槽钢两翼打若干等间距孔( 一般为4或8或12或16或20或24或28
毫米)，翼板前后两侧各放置一个螺母后，将螺栓装配到切割架上。螺栓端部钻有小孔，钢丝
穿过小孔后拧在螺栓上，在拉紧钢丝时，用螺丝刀保持螺栓不转，只调整两个螺母，从而保
证钢丝只被拉紧而不被拧断。 材料箱为上部敞开的长方体形，整个材料箱与底座是分离开的，且其两个侧壁上
各开有一对螺孔，分别拧入螺母后可方便搬运材料箱。材料箱由五块可拆卸铁板组成，材料
箱的四个侧壁通过螺母与材料箱底板相连，材料箱的相邻两个侧壁之间通过螺母相连，目
的是模型材料预压完成后，将相应的板面拆卸，可进行模型材料薄层的切割工作。 承压板是一块有足够刚度的钢板，其作用是传递压力试验机的所施加的压力，实
现对材料箱中所装模型材料的均匀施压。其上部开有两个不穿透承压板的螺孔，螺孔拧入
螺栓后可实现对承压板的方便移动。 底座两个长边外侧各焊接一条表面光滑的粗钢筋，使用该装置时在钢筋条上涂抹 润滑油，其目的是有效减小推动切割架进行切割操作时的摩擦阻力。 —个典型的薄层制备过程为将模型材料均匀填入材料箱子，在材料箱中的模型 材料顶部放置承压板，将材料箱搬到压力试验机上，按照模型材料制备方案要求在压力试 验机上加压，从压力试验机上取下材料箱并放在底座上，取下承压板，拆下材料箱的三个侧 壁，按照试验方案所需要的薄层厚度调整切割架钢丝的间距，水平推动切割架使切割架上 的钢丝平稳穿过模型材料块体，拆下材料箱的最后一个侧壁，取下切割架，即可获得制备多 互层模型材料需要的薄层。
本发明的主要优点有
1)结构简单，易于加工； 2)易于操作且效率高，一次操作可切割出多个薄层；
3)切割薄层的厚度可调； 4)所获得的同种材料的薄层均质性好，有效避免了试验数据的离散性。
图1为一种多互层模型材料的薄层切割装置的装配示意图。 图2为一种多互层模型材料的薄层切割装置的切割架示意图。 图3为一种多互层模型材料的薄层切割装置的打孔螺栓及其装配形式示意图。 图4为一种多互层模型材料的薄层切割装置的材料箱示意图。 图5为一种多互层模型材料的薄层切割装置的压板与螺栓的装配关系示意图。 图6为一种多互层模型材料的薄层切割装置的底座示意图。 图中编号对应名称为1-切割架；2_材料箱；3_承压板；4_底座；5_钢丝；6_螺 母；7_带孔螺栓；8-材料箱底板；9-材料箱侧壁；10_材料箱侧壁；11_材料箱侧壁；12-材 料箱侧壁；13-角钢；14-螺栓；15-光面钢筋。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细阐述 —种多互层模型材料的薄层切割装置，它包括切割架1、材料箱2、承压板3、底座 4，其特征在于切割架1安装在底座4上，材料箱2安装在底座4的凹槽内，水平推动切割 架1带动多条平行钢丝5水平切割模型材料块体可获得多个薄层。 所述的切割架1主框架由三条槽钢及二条角钢焊接而成，切割架1的二条角钢卡 在底座4上，切割架1上装有一组( 一般有10或11或12或13或14或15或16或17或 18或19或20条)间距可调的平行钢丝5。 所述的材料箱2有五块可拆卸板组成，分别为材料箱底板8、第一材料箱侧壁9、第 二材料箱侧壁10、第三材料箱侧壁11及第四材料箱侧壁12，在切割模型材料块体的操作过 程中，先拆卸第一材料箱侧壁9、第二材料箱侧壁IO及第三材料箱侧壁11，待钢丝5全部穿 过模型材料块体后再拆卸第四材料箱侧壁12。 所述的底座4由四条角钢焊接而成，两个长边外侧各焊接一条光面钢筋15，其横 截面为圆形，使用时在光面钢筋15上涂抹润滑油。 所述的钢丝5通过带孔螺栓固定到切割架1上，带孔螺栓7端部钻有小圆孔，钢丝 5穿过小圆孔后拧在带孔螺栓7上，在拉紧钢丝5时，用螺丝刀保持带孔螺栓7不转，只调整 两个螺母6，从而保证钢丝5只被拉紧而不被拧断。 如图2所示，切割架1主框架由三条槽钢及二条角钢焊接而成。沿切割架1侧壁 槽钢腹板中心线均匀打小孔，钢丝5穿过小孔后拉紧并固定在切割架1上，推动切割架1对 模型材料块体进行切割，可获得一定厚度的模型材料薄层。切割架1的二条角钢可恰好卡 在底座4上，其作用是避免推动过程中切割架1发生大幅度晃动，造成薄层的损坏。
为一次操作获得多个薄层，切割架1上装有多条平行钢丝5 ( —般有10或11或12 或13或14或15或16或17或18或19或20条)，调整相邻两根钢丝5的间距( 一般为4 或8或12或16或20或24或28毫米)，可获得不同厚度的模型材料薄层。
切割架1侧壁槽钢两翼打若干等间距圆孔( 一般为4毫米)，翼板前后两侧各放置 一个螺母6后，将螺栓7装配到切割架1上。带孔螺栓7端部钻有小圆孔，钢丝5穿过小圆 孔后拧在带孔螺栓7上，在拉紧钢丝5时，用螺丝刀保持带孔螺栓7不转，只调整两个螺母 6，从而保证钢丝5只被拉紧而不被拧断。 材料箱2为上部敞开的长方体形，材料箱2与底座4是分离开的，材料箱底板8可 恰好安放在底座4的凹槽内。第一材料箱侧壁9及第二材料箱侧壁10上各开有一对螺孔， 四个螺孔分别拧入一个螺母14后可方便搬运材料箱2。材料箱2由五块可拆卸铁板组成， 分别为材料箱底板8、第一材料箱侧壁9、第二材料箱侧壁10、第三材料箱侧壁11及第四材 料箱侧壁12，第一材料箱侧壁9、第二材料箱侧壁10、第三材料箱侧壁11及第四材料箱侧 壁12依次相连，第一材料箱侧壁9、第二材料箱侧壁10、第三材料箱侧壁11及第四材料箱 侧壁12分别与材料箱底板8相连，目的是模型材料在压力试验机上预压完成后，将相应的 板而拆卸，可进行模型材料薄层的切割工作。 如图4所示，第一材料箱侧壁9、第二材料箱侧壁10、第三材料箱侧壁11及第四材 料箱侧壁12的底部边缘焊接有角钢13，主要起连接作用，角钢13在相应部位开通孔与材料箱底板8的螺孔相配；第三材料箱侧壁11及第四材料箱侧壁12的侧边缘开有螺孔分别与
第一材料箱侧壁9及第二材料箱侧壁10边缘的纵向排列的通孔相配。在相应螺孔拧入螺 栓即可将材料箱2装配成型。 承压板3是一块有足够刚度的钢板。其尺寸与材料箱2的开口相匹配，可恰好放 入材料箱2内。其上部开有两个不穿透承压板3的螺孔，螺孔拧入螺栓14后可实现对承压 板3的方便移动。其作用是传递压力试验机的所施加的压力，实现对材料箱2中所装模型 材料的均匀施压。 底座4由四条角钢焊接而成，两个长边外侧各焊接一条光面钢筋15，其横截面为
圆形，使用该装置时在光面钢筋15上涂抹润滑油，其目的是有效减小推动切割架1进行切
割操作时的摩擦阻力。 —个典型的薄层制备过程为 1、装置装配及调整 按照试验方案所需要的薄层厚度调整切割架1的钢丝5的间距，并将切割架1置 于底座4的一端。将材料箱2组装成型。
2、模型材料块体制备 将模型材料均匀填入材料箱2，在材料箱2中的模型材料顶部放置承压板3，将材 料箱2搬到压力试验机上，按照模型材料制备方案要求在压力试验机上加压。
3、切割薄层 从压力试验机上取下材料箱2并放在底座4上，取下承压板3，拆下材料箱2的第 二材料箱侧壁9、第三材料箱侧壁10及第四材料箱侧壁ll，水平推动切割架1使钢丝5平 稳穿过模型材料块体，拆下材料箱侧壁12 (最后才拆下材料箱侧壁12的目的是保证推动切 割架l进行切割过程中模型材料块体不会被推散)，取下切割架l，即可获得制备多互层模 型材料需要的薄层。
权利要求
一种多互层模型材料的薄层切割装置，它包括切割架(1)、材料箱(2)、承压板(3)、底座(4)，其特征在于切割架(1)安装在底座(4)上，材料箱(2)安装在底座(4)的凹槽内，切割架(1)主框架由三条槽钢及二条角钢焊接，切割架(1)的二条角钢卡在底座(4)上，切割架(1)上装有一组间距可调的平行钢丝(5)，第一材料箱侧壁(9)、第二材料箱侧壁(10)、第三材料箱侧壁(11)及第四材料箱侧壁(12)的底部边缘焊接有角钢(13)，角钢(13)在相应部位开通孔与材料箱底板(8)的螺孔相配。
2. 根据权利要求1所述的一种多互层模型材料的薄层切割装置，其特征在于所述的 第三材料箱侧壁(11)及第四材料箱侧壁(12)的侧边缘开有螺孔分别与第一材料箱侧壁 (9)及第二材料箱侧壁(10)边缘的纵向排列的通孔相配，在相应螺孔拧入螺栓将材料箱 (2)装配。
3. 根据权利要求1所述的一种多互层模型材料的薄层切割装置，其特征在于所述的 底座(4)由四条角钢焊接，两个长边外侧各焊接一条光面钢筋(15)，其横截面为圆形，在光 面钢筋(15)上涂抹润滑油。
4. 根据权利要求1所述的一种多互层模型材料的薄层切割装置，其特征在于所述的 钢丝(5)通过带孔螺栓固定到切割架(1)上，带孔螺栓(7)端部钻有小圆孔，钢丝(5)穿过 小圆孔后拧在带孔螺栓(7)上。
全文摘要
本发明公开了一种多互层模型材料的薄层切割装置，它包括切割架、材料箱、承压板、底座，切割架安装在底座上，材料箱安装在底座的凹槽内，切割架主框架山三条槽钢及二条角钢焊接，切割架的二条角钢卡在底座上，切割架上装有一组间距可调的平行钢丝，材料箱侧壁的底部边缘焊接有角钢，角钢在相应部位开通孔与材料箱底板的螺孔相配，材料箱侧壁的侧边缘开有螺孔分别与材料箱侧壁边缘的纵向排列的通孔相配，在相应螺孔拧入螺栓将材料箱装配，底座由四条角钢焊接，两个长边外侧各焊接一条光面钢筋，其横截面为圆形，在光面钢筋上涂抹润滑油。本发明结构简单，操作方便，工作效率高。使用一组平行钢丝将模型材料块体一次切割为多个薄片。
文档编号B28D1/22GK101774230SQ20101011136
公开日2010年7月14日 申请日期2010年2月5日 优先权日2010年2月5日
发明者张桂民, 施锡林, 李银平, 杨春和 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所